STM32CubeIDE’de Canlı Değişken Takibi: Debug Sürecini Güçlendiren İpucu

STM32CubeIDE, STM32 mikrodenetleyici projelerinde hem geliştirme hem de hata ayıklama süreçlerini kolaylaştıran güçlü bir araç. Ancak çoğu kullanıcı, debug sürecini sadece breakpoint koyup değişkenleri tek tek kontrol ederek geçiriyor. Oysa ki “Live Expressions” (canlı ifadeler) özelliği ile, debug sırasında gerçek zamanlı değişken değişimlerini izleyerek çok daha verimli bir şekilde sorunları analiz edebilirsiniz.

Bu yazıda, STM32CubeIDE’de canlı değişken takibi nasıl yapılır, ne gibi avantajlar sağlar ve bunu bir örnek proje üzerinden nasıl kullanabileceğinizi adım adım anlatacağım.

---

Nedir Bu "Live Expressions"?

Live Expressions penceresi, kodunuz çalışırken belirli değişkenleri (ya da ifadeleri) sürekli gözlemlemenizi sağlar. Kod breakpoint’te durmasa bile, değişkenlerin değerleri anlık olarak güncellenir. Bu, özellikle zamanla değişen sayıcılar, PWM duty cycle’ları veya sensör değerleri gibi dinamik verileri takip etmek için çok faydalıdır.

---

Neden Kullanmalısınız?

Live Expressions ile şunları kolaylıkla yapabilirsiniz:

• Kod kesintiye uğramadan değişkenleri takip edebilirsiniz.

• Belirli bir algoritmanın anlık çıktısını grafiksel ya da sayısal olarak izleyebilirsiniz.

• Delay’lerle uğraşmadan, breakpoint koymadan performans sorunlarını veya mantıksal hataları yakalayabilirsiniz.

• Gerçek zamanlı sistemlerde, kod akışını bozmadan değerlerin nasıl değiştiğini görme imkânı sağlar.

---

Uygulamalı Örnek: ADC ile Sıcaklık Ölçümü

Diyelim ki bir STM32F103RB mikrodenetleyici ile dahili sıcaklık sensöründen ADC kullanarak sıcaklık değeri okuyoruz. Kodumuz şöyle:

c
#include "main.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;
float temperature = 0;

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    if (hadc->Instance == ADC1) {
        uint32_t adc_val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        temperature = ((float)adc_val) * 3.3f / 4096.0f;  // Voltaj
        temperature = ((temperature - 0.76f) / 0.0025f) + 25; // Sıcaklık (yaklaşık hesap)
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_ADC1_Init();
    HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);

    while (1) {
        HAL_Delay(500); // Sıcaklık değerini yarım saniyede bir güncelliyoruz
    }
}

---

Adım Adım: Live Expressions Kullanımı

1. Debug Moduna Geçin

Projeyi build ettikten sonra Debug moduna geçin (F11 veya üstteki bug ikonuna tıklayarak).

2. Live Expressions Panelini Açın

Debug görünümüne geçtikten sonra:

• Menüden Window > Show View > Expressions yolunu izleyin.

• Açılan panelin ismi "Expressions" olabilir ama bu panel canlı güncelleme desteği sunar.

3. Değişken Ekleyin

• Expressions paneline sağ tıklayın ve Add Watch Expression seçeneğine tıklayın.

• Açılan kutuya temperature yazın.

• Enter’a bastığınızda, değişken panelde belirecek.

4. Canlı Güncellemeyi Görüntüleyin

• Kod hala çalışırken (pause durumda değilken!) temperature değerinin saniyede iki kez güncellendiğini göreceksiniz.

• Değer sürekli güncelleniyorsa, sisteminizde herhangi bir kesinti olmadan anlık sıcaklık verisini izleyebiliyorsunuz demektir.

---

İleri Seviye: İfade Takibi (Expression Tracking)

Bu panelde sadece değişken değil, ifade de yazabilirsiniz. Örneğin:

temperature > 30

şeklinde yazarsanız, bu ifade true veya false olarak sürekli değerlendirilir. Bu da debug sürecinde koşul kontrollerini anında görmek için ideal bir yöntemdir.

---

İpuçları & Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Optimization seviyeleri yüksekse (-O2, -O3) bazı değişkenler derleyici tarafından optimize edilebilir ve debug sırasında görünmeyebilir. Geliştirme aşamasında -O0 (optimizasyon kapalı) kullanmanızı öneririm.

• Eğer değişken global değilse, yani fonksiyon içindeyse ve static değilse, Live Expressions’da gözükmeyebilir. Bu durumda değişkenin kapsamını değiştirin.

• volatile tanımlaması, anlık değişen donanım temelli değişkenlerde kritik öneme sahiptir. Bu sayede değer her seferinde RAM’den okunur.

---

Sonuç: Canlı Takiple Daha Akıllı Debug

Live Expressions, STM32CubeIDE’nin az bilinen ama çok etkili bir özelliği. Özellikle gömülü sistemlerde, zamanla değişen verileri izlemek ve mantıksal hataları tespit etmek için oldukça kullanışlıdır.

Her debug seansında breakpoint koymak yerine, bu özelliği kullanarak sisteminizi çalışır haldeyken analiz edebilir, daha kısa sürede daha isabetli çözümler üretebilirsiniz.

---

Eğer bu özelliği daha önce kullanmadıysanız, bir sonraki debug seansınızda denemenizi kesinlikle tavsiye ederim. STM32CubeIDE’nin sunduğu bu ve benzeri küçük araçlar, geliştirme sürecinizde büyük farklar yaratabilir.

Lineer/Proportional/Oransal Çıkışlı Bir Analog Sensörün Okunması, Sensör Okuma ile ilgili Temel Mantıklar

 Sensör verilerinin okunması ve anlamlandırılması kontrol sistemleri için en temel girdiyi oluşturur. Sensör bilgileri, sensörün tipine, iç yapısına, ölçtüğü fiziksel niteliğin davranışına göre farklılık gösterebilir. Sensör çıkışları lineer veya bir polinoma bağlı olabilir.

Bu yazı kapsamında lineer çıkışlı sensörler hakkında detaylı bir açıklama yaptıktan sonra polinomsal çıkışlı bir sensör hakkında da kısa bir yorum yapıp bitireceğim.

Lineer çıkışlı analog bir sensöre örnek olarak SS495B ve LM35 üzerinden ilerleyeceğiz. Aşağıda gördüğünüz görselde SS495B'nin gauss/çıkış voltaj grafiği verilmiştir. Bu sensörün ölçüm yaptığı fiziksel nitelik ile çıkış voltajının lineer olduğu grafikten bellidir. Çıkış gerilimi gauss değerine göre lineer olarak artıp azalır.

SS495B Çıkış Karakteristiği

Bu şekilde çıkış veren sensörler çok basit bir matematiksel formülle tanımlanır. ADC değerini okuyup voltaja çevirdikten sonra, gerilim değerinden ilgili fiziksel değere geçilir. Bu örnekte o değer gauss'tur.

Grafikten görüldüğü gibi sensör 0.5V-4.5V arasıda tanımlıdır. Aralık dışıda bir değer okunması halinde uygulamanın çeşidine göre bir senaryo planlanır. Bu aralıkta da direkt bir eğik doğru formülü ile tanımlanır. Bu formül;

Gauss = ( Vout - 2.5 ) * ( 640 / 4.5 )

şeklindedir. Bu formüldeki ( 640 / 4.5 ) ifadesi grafiğin eğimidir. Bu değer sayısal olarak sadeleştirilip sadece bir çarpım ifadesi şeklinde de yazılabilir.

LM35 sensörü de sıcaklığa bağlı lineer çıkış veren bir sensördür. Bu sensörün datasheetinde çıkış aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir. Sensör 2°C-150°C aralığında her bir derece için 10mV çıkış verir.

LM35 Çıkış Karakteristiği

Bu bilgilerden hareketle bu sensörün çıkışını santigrat derece şeklinde ifade etmek için aşağıdaki formül kullanılır.

Temperature = 2 + ( Vout / 0.01 ) = 2 + ( Vout * 100 )

İki ayrı sensör değerinin nasıl dijital veriye çevrildiğini bu iki örnekle özetlemiş olduk. Bir de polinomsal çıkış veren sensörler vardır. Bunlar için en yaygın örnekler NTC tipi sıcaklık sensörleri olabilir. Bu sensörlerin direnç değerleri sıcaklığa bağlı değişir ve en basit şekilde başka bir direnç ile seri bağlanarak orta noktanın gerilimi üzerinden bir dönüşüm yapılır. Burada ilk olarak basit gerilim bölücü mantığından sıcaklık sensörünün direnç değeri bulunur ve bu direnç değeri -nispeten- kopleks bir matematik denkleminden geçerek sıcaklık elde edilir. Bu denklem "Steinhart and Hart Equation" olarak adlandırılır. Burada yer alan A, B ve C sabitleri ilgili sensörün datasheetinde verilir. R değeri ise NTC'nin o anki direnç değeridir.

Bir NTC'nin direnç değerinin sıcaklığa bağlı değişimini gösteren grafikte aşağıdaki gibidir. Grafikte görünen PTC, NTC ile ters çalışan ama aynı amaçla kullanılan bir sensör türüdür.

Bu yazı kapsamında sensör okuma ve okunan değerleri fiziksel değere çevirme hakkında genel bilgiler vermeye çalıştım. Umarım faydalı olur. Çalışmalarınızda başarılar.

I2C Nedir?

Giriş

Inter-Integrated Circuit (Entegre Devreler Arası Haberleşme) genel olarak devre üzeri haberleşme yapılarında kullanılır. Sensör, işlemciler arası haberleşme veya çeşitli haberleşme arayüz entegreleri ile I2C hattı üzerinden iletişim kurulabilir. Bir master birden fazla slavein bulunduğu hattı sürebilir. Böylece master tarafında 2 pin ile bir çok çevresel birim kontrol edilebilir. Bununla birlikte tasarlanacak topolojiye göre aynı hatta birden çok master da bulunabilir.

Kıyaslayacak olursak genelde alternatifi olarak görülen SPI’a göre yavaştır. Daha az pin kullandığı için avantajlıdır. Düşük hızlarda yönetilecek çevre birimleri için mikrodenetleyicinin pin kullanımını optimize etmek için idealdir.

Örnek bağlantı yapısı aşağıdaki gibidir.

Temeller

Temel yapı olarak birimler arasında I2C hattı SDA ve SCL pinlerinden oluşur. Her iki pin normalde HIGH konumundadır. SDA Data hattının LOW a düşmesi ile haberleşme hattı iletime başlar. Yapılar SCL clock sinyali ile senkron olarak çalışır.

• SDA: Data. Verinin o anki yönüne göre Master’dan Slave’e veya tam tersi olabilir.
• SCL: Clock. Her zaman Master’dan Slave’lere doğrudur.

I2C hattı ile birlikte hat üzerindeki çiplerin de -özel bir izolasyon vs. yoksa- ground hatları birleştirilmelidir.

SCL sinyaline göre öncelikle masterdan hatta konuşacağı enterenin adres bilgisi ve yazma/okuma modu hatta basılır. Sonrasında ilgili çiptemn gelecek acknowlage sinyaline göre haberleşme devam ettirilir.Konuşulacak entegrenin I2C protokol yapısına göre haberleşme half duplex olarak devam eder.

I2C hattında hız değerine göre genellikle 2.2KR-10KR aralığında pull-up direnç kullanılır. Bu değere, kullanılan işlemci ve entegrelerin datasheet dokümanlarında verilen bilgilere göre karar verilir.

Kavramlar

• Master: I2C hattını süren ana yapıdır. Genellikle miroişlemci/mikrodenetleyicidir.
• Slave: I2C hattında bulunan slave entegrelerdir. Bir çok alternatif IC vardır. EEPROM, DAC, ADC, sensör, ekran sürücü, motor sürücü gibi çevre birimleri, CAN, Ethernet, Wifi gibi haberleşme arayüzü sağlayan entegreler I2C hattı ile çalıştırılır.
• Başlatma Koşulu: SCL hattı HIGH’dan LOW’a geçmeden önce SDA hattı HIGH’dan LOW’a geçer.
• Durdurma Koşulu: SCL hattı LOW’dan HIGH’a değiştikten sonra SDA hattı LOW’dan HIGH’a geçer.
• Adres Paketi: Her bir SLAVE’e özgü, MASTER ile konuşmak istediğinde SLAVE’i tanımlayan 7 veya 10 bitlik bir veri.
• Okuma / Yazma Biti: MASTER’ın SLAVE’e (LOW) veri gönderip göndermediğini veya ondan veri istediğini (HIGH) belirten tek bir bit.
• ACK / NACK Bit: Mesajdaki her byteı bir onaylama/onaylama biti izler. Bir adres paketi veya veri paketi başarıyla alındıysa, alıcı cihazdan gönderene bir ACK biti döndürülür.

Görsel Kaynakları:

• https://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C
• https://www.circuitbasics.com/basics-of-the-i2c-communication-protocol/